The Logic of Tax Bargaining

J.M. Obón

_{*, J.P. Luna-Abad}

_{, B. Bermejo}

_{, J.A. Fernández-López}

1 _{Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, España} 2 _{Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, España}

*Autor principal: [email protected]

1. Introducción

El secado por atomización es una técnica empleada en un gran número de industrias, y permite por ejemplo la fabricación de materiales para electrodos de pilas de iones litio o sodio1_{, de materiales cerámicos}2_,

la formulación de compuestos farmacéuticos y biofarmacéuticos3_{, o la obtención de alimentos en forma de}

polvo4_{. Esta técnica se basa en atomizar un líquido en una cámara de secado para conseguir gotas de un}

pequeño tamaño, que se ponen en contacto con aire caliente. En ese momento el disolvente se evapora, y se obtiene el producto en polvo. Los diversos dispositivos de atomización, las variadas geometrías de la cámara de secado, y las distintas formas de poner en contacto los flujos de atomización y aire caliente, dan lugar a que se pueda obtener un producto en polvo de diferente tamaño, morfología, densidad, solubilidad o humedad5_.

El reto es conocer en detalle cómo tiene lugar el secado por atomización a escala de laboratorio, de forma que esta información se pueda aplicar en la optimización de las condiciones de operación. En este sentido, el objetivo de este trabajo ha sido conocer, mediante termografía, los mapas de temperatura de la superficie de un equipo a escala laboratorio utilizando diferentes condiciones de operación. Las conclusiones que se extraen con esta técnica pueden aplicarse en instalaciones industriales.

2. Experimental

Se ha trabajado con un equipo de secado por atomización Mini Spray Dryer B-290 (Büchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland) que se modificó para trabajar bajo condiciones de flujo co-corriente y de flujo mixto. Así, el equipo tiene como cámara de secado por atomización un cilindro de vidrio (50 x 15 cm) que permite situar la boquilla de atomización en la zona superior para operar en flujo co-corriente o inferior para operar en flujo mixto, ya que el aire de secado va siempre en sentido descendente y la salida del aire es lateral. La boquilla de atomización es de doble fluido, y utiliza aire para conseguir la atomización. El equipo tiene a la salida del aire de la cámara de secado una ciclona de alta eficacia. Se estudió el secado por atomización de agua utilizando una temperatura de aire de secado de 200 °C. Se realizaron fotografías y videos con el modelo de cámara termográfica de alta resolución infrarroja FLIR T400 (Portland, Oregón, USA). La cámara termográfica permitió seguir la temperatura en puntos definidos de la cámara de secado y ciclona. Debido a la disposición del equipo solo se pudieron seguir las temperaturas frontales y laterales de la cámara de secado, pero no las traseras.

3. Resultados y discusión

Se han realizado experimentos utilizando condiciones habituales de secado por atomización consistentes en un caudal de agua atomizada de 0,5 L/h, y un caudal de aire de secado de 18 m3_{/h a una temperatura de}

200 °C. En primer lugar, se hizo el estudio termográfico trabajando solo con la corriente de aire de secado, y posteriormente se puso en marcha la atomización de agua para así observar los cambios de temperatura en las paredes de la cámara de secado y en la ciclona. Trabajando solo con aire los tiempos de estabilización de la temperatura de la superficie se alcanzaron en unos 30 minutos, y tras ese tiempo se pudo observar que había una estratificación de temperaturas a lo largo del cilindro de secado, estando como podía esperarse más fría la parte inferior (Figura 1). Los valores máximos de temperatura se midieron en la parte alta de la

ciclona donde incide el aire caliente a alta velocidad. Las temperaturas de las paredes de la ciclona alcanzan unos valores significativamente mayores que las del cilindro de secado debido de nuevo a la mayor velocidad del aire caliente al pasar por la ciclona. Las temperaturas menores se alcanzan en el frasco recolector de producto y en la parte más baja del cilindro de secado donde no hay prácticamente flujo de aire. Se observa también una asimetría de temperaturas para una misma altura del cilindro de secado especialmente en la parte superior donde sale el aire caliente indicando la dirección preferente que adoptan las corrientes de flujo de aire en la salida.

Al operar con agua atomizada las temperaturas en la superficie del equipo disminuyeron de manera significativa alcanzándose el estado estacionario al cabo de unos 20 minutos. No se encontraron diferencias significativas en las termografías al operar con flujo co-corriente o con flujo mixto. Se observaron dos zonas claramente diferenciadas, la superior más caliente donde no tiene lugar prácticamente evaporación y la inferior donde si tiene lugar. En el caso de flujo co-corriente esta zona superior más caliente es algo menor, pero por el contrario la temperatura absoluta de la zona inferior es algo mayor que en el caso del flujo mixto.

(A) (B)

Figura 1. (A) Fotografía del equipo de secado por atomización apagado y (B) termografía trabajando con aire a 200 °C.

4. Conclusiones

La técnica de termografía ha permitido conseguir interesantes mapas de temperatura de la superficie de un equipo de secado por atomización a escala laboratorio marcando las zonas calientes y frías cuando está en operación, permitiendo valorar los flujos de aire y condiciones hidrodinámicas que se dan en el interior del equipo que son muy importantes para establecer las características de los productos en polvo que se obtienen.

Este equipo a escala laboratorio es uno de los más vendidos y se encuentra distribuido en un gran número de centros de investigación de Universidades y empresas, por lo que estas conclusiones permiten mejorar la optimización de las condiciones de operación y el buen uso de esta importante técnica. Atendiendo a los resultados se sugiere el uso de esta técnica para su aplicación en instalaciones industriales.

Referencias 

[1]. B. Vertruyen, N. Eshraghi, C. Piffet, J. Bodart, A. Mahmoud, F. Boschini, Materials. 2018; 11: 1076-1127. [2]. A. Stunda-Zujeva, Z. Irbe, L. Berzina-Cimdina, Ceram. Int. 2017; 43: 11543-11551.

[3]. A. Ziaee, A.B. Albadarin, L. Padrela, T. Femmer, E. O'Reilly, G. Walker, Eur. J. Pharm. Sci. 2019; 127: 300–318. [4]. M. Rezaul, I.Shishir, W. Chen, Trends Food Sci. Tech. 2017; 65: 49-67.

Zaragoza, 4-6 septiembre 2019  ‘Trends and Challenges in Chemical Engineering Research’

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